(57)【要約】【課題】輝度に関して高い面内均一性を発揮することができ、しかも高輝度の光を出射すること。【解決手段】導光板１０は、互いに対向する一対の主面１０ａ，１０ｂと、光源１１から光を入射する端面１０ｃとを有している。主面１０ａは、複数のプリズム１０ｄを有しており、プリズム面を構成している。また、主面１０ｂは、波状面であり、光出射面を構成している。導光板１０の波状面１０ｂには、端面１０ｃに相対的に近い位置に、端面１０ｃから離れる方向に厚さが増加する領域を設け、端面１０ｃに相対的に遠い位置に、端面１０ｃから離れる方向に厚さが減少する領域を設けてあるので、相対的に光が出射し易い、端面１０ｃに相対的に近い位置での光の出射が抑えられ、相対的に光が出射しない、端面１０ｃに相対的に遠い位置での光の出射が促進される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記一対の主面の一方の主面は、複数のプリズムを有しており、前記プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の底角が前記端面に相対的に遠い側の底角よりも大きく、前記一対の主面の他方の主面は、前記端面から離れる方向に厚さが増加する領域及び前記端面から離れる方向に厚さが減少する領域の少なくともいずれかを有することを特徴とする導光板。
【請求項２】
前記端面から離れる方向に厚さが増加する領域は、少なくとも前記端面に相対的に近い位置に設けられたことを特徴とする請求項１記載の導光板。
【請求項３】
前記端面から離れる方向に厚さが減少する領域は、少なくとも前記端面に相対的に遠い位置に設けられたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の導光板。
【請求項４】
前記端面から離れる方向に厚さが増加する領域及び前記端面から離れる方向に厚さが減少する領域は曲面で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の導光板。
【請求項５】
前記他方の主面は波状面で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の導光板。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の導光板と、前記導光板の端面の近傍に配置された光源と、前記導光板の他方の主面側に配置されており、前記他方の主面に対向する表面に複数のプリズムを有するプリズムシートと、を具備することを特徴とする面発光装置。
【請求項７】
請求項６記載の面発光装置と、前記面発光装置のプリズムシート側に配置された液晶表示パネルと、を具備することを特徴とする液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主に液晶表示装置などの表示装置に用いられる、導光板及びそれを用いた面発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、表示装置、主に液晶表示装置の照明手段として、液晶表示パネルの背面側から表示面側に向けて光を供給する面発光装置、例えばバックライト装置が知られている。従来のバックライト装置は、通常、光源と、この光源からの光を液晶表示パネルに出射する導光板と、導光板からの光を効率良く液晶表示パネルに供給するためのプリズムシートとから主に構成される。この導光板は、平板形状を有しており、互いに対向する一対の主面及び互いに対向する一対の端面を有する。一対の主面の一方の主面上に液晶表示パネルが配置され、一対の端面の一方の端面近傍に光源が配置される。また、一対の主面の他方の主面上には、反射板が配置され、光源からの光を反射する。このような従来のバックライト装置として、特許文献１に開示されたものがある。
【０００３】
【特許文献１】特公平７-２７１３７号公報
【０００４】
この従来のバックライト装置では、光源２０から発した光が導光板２１の端面２１ａから導光板２１に入射し、導光板２１の反射面２１ｂ側に配置された反射板２２で反射して、反射面２１ｂに対向する出射面２１ｃから出射される。導光板２１から出射された光は、導光板２１の出射面側に配置されたプリズムシート２３のプリズム２３ａにより光路が変更されて、導光板２１に対してほぼ鉛直方向に進行して、プリズムシート２３上に配置された液晶表示パネル（図示せず）に入射する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のバックライト装置では、導光板２１の一方の端面２１ａ側からのみ光を入射させているため、導光板２１の光源２０に近い領域（光源側）から光が出射され易く、導光板２１の光源２０から遠い領域（反光源側）から光が出射されにくい傾向がある。このため、導光板２１の光源側での輝度が相対的に高く、導光板２１の反光源側での輝度が相対的に低くなる。したがって、バックライト装置として、輝度に関して面内均一性が低いという問題がある。
【０００６】
また、従来のバックライト装置では、導光板２１からの出射光に指向性がないために、観察者方向に高い輝度の出射光を供給することができない。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、輝度に関して高い面内均一性を発揮することができ、しかも高輝度の光を出射することができる導光板及びそれを用いた面発光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の導光板は、互いに対向する一対の主面と光源から光を入射する端面とを有する導光板であって、前記一対の主面の一方の主面は、複数のプリズムを有しており、前記プリズムのそれぞれは、前記端面に相対的に近い側の底角が前記端面に相対的に遠い側の底角よりも大きく、前記一対の主面の他方の主面は、前記端面から離れる方向に厚さが増加する領域及び前記端面から離れる方向に厚さが減少する領域の少なくともいずれかを有することを特徴とする。
【０００９】
この構成によれば、導光板の光出射面に、板厚が増加する領域及び板厚が減少する領域の少なくともいずれかを設けているので、導光板から出射する面内光量を制御することができ、輝度に関して高い面内均一性を発揮させることができる。また、複数のプリズムにより、導光板から出射される光の指向性を高くすることができる。このため、プリズムシートで光の方向を観測者に効率良く向けることができる。その結果、高い輝度の光を出射することが可能となる。
【００１０】
本発明の導光板においては、前記端面から離れる方向に厚さが増加する領域は、少なくとも前記端面に相対的に近い位置に設けられたことが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、端面に相対的に近い位置に板厚が増加する領域を設ける。端面に相対的に近い位置は、相対的に光が出射し易いので、板厚が増加する領域を設けることにより光の出射を抑えることができる。これにより、導光板全体として出射光量の面内均一性をより向上させることができる。
【００１２】
本発明の導光板においては、前記端面から離れる方向に厚さが減少する領域は、少なくとも前記端面に相対的に遠い位置に設けられたことが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、端面に相対的に遠い位置に板厚が減少する領域を設ける。端面に相対的に遠い位置は、相対的に光が出射しにくいので、板厚が減少する領域を設けることにより光の出射を促進することができる。これにより、導光板全体として出射光量の面内均一性をより向上させることができる。
【００１４】
本発明の導光板においては、前記端面から離れる方向に厚さが増加する領域及び前記端面から離れる方向に厚さが減少する領域は曲面で構成されていることが好ましい。また、本発明の導光板においては、前記他方の主面は波状面で構成されていることが好ましい。
【００１５】
本発明の面発光装置は、上記導光板と、前記導光板の端面の近傍に配置された光源と、前記導光板の他方の主面側に配置されており、前記他方の主面に対向する表面に複数のプリズムを有するプリズムシートと、を具備することを特徴とする。
【００１６】
この構成によれば、面内均一性の高い導光板を備えているので、面内均一性の高い状態で効率良く光を液晶表示パネルに供給することが可能となる。
【００１７】
本発明の液晶表示装置は、上記面発光装置と、前記面発光装置のプリズムシート側に配置された液晶表示パネルと、を具備することを特徴とする。
【００１８】
この構成によれば、面内均一性の高い導光板を備えているので、輝度に関して面内均一性の高い表示を観測者に提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、導光板の光出射面に、板厚が増加する領域及び板厚が減少する領域の少なくともいずれかを設けて、導光板から出射する面内光量を制御するので、輝度に関して高い面内均一性を発揮させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明者は、導光板の板厚の増減と臨界角との関係に着目し、導光板の光出射面に、板厚が増減する領域を設けることにより、導光板から出射する光量を制御できることを見出し本発明をするに至った。すなわち、本発明の骨子は、導光板の光出射面に、板厚が増加する領域及び板厚が減少する領域の少なくともいずれかを設けて、導光板から出射する面内光量を制御することにより、輝度に関して高い面内均一性を発揮させることである。
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。また、図１（ｂ）は、導光板のプリズムを説明するための図である。
【００２２】
図中１０は導光板を示す。導光板１０は、互いに対向する一対の主面１０ａ，１０ｂと、光源１１から光を入射する端面１０ｃとを有している。主面１０ａは、複数のプリズム１０ｄを有しており、プリズム面を構成している。また、主面１０ｂは、波状面であり、光出射面を構成している。なお、導光板１０は、アクリル樹脂などの透明材料により構成される。
【００２３】
導光板１０の端面１０ｃの近傍には、光源１１が配置されている。なお、光源１１は、端面１０ｃから離して配置せずに、端面１０ｃに接するように配置しても良い。導光板１０の主面１０ａ側には、反射板１２が配置されている。なお、反射板１２の材料としては、アルミニウムなどの高い反射率を有する材料により構成される。導光板１０の主面１０ｂ側には、主面１０ｂに対向する表面に複数のプリズム１３ａを有するプリズムシート１３が配置されている。さらに、プリズムシート１３側には、液晶表示パネル１４が配置されている。
【００２４】
主面（プリズム面）１０ａに設けられた複数のプリズム１０ｄは、それぞれ同じ形状を有しており、具体的には図１（ｂ）に示すような形状を有する。すなわち、それぞれのプリズム１０ｄにおいては、端面１０ｃに相対的に近い側の底角θ1が端面１０ｃに相対的に遠い側の底角θ2よりも大きくなるように設定されている。このため、それぞれのプリズム１０ｄは、急斜面１０ｅ及び緩斜面１０ｆを有する。導光板１０内を通る光は、主に緩斜面１０ｆで反射して伝搬する。プリズム１０ｄに急斜面１０ｅと緩斜面１０ｆを設けることにより、導光板１０の先端（端面１０ｃから最も離れた部分：反光源側）にまで効率良く光を送ることができる。
【００２５】
また、プリズム１０ｄに図１（ｂ）に示すような急斜面ｅと緩斜面ｆを設けることにより、導光板１０から出射される光の指向性を高くすることができる。このため、後述するプリズムシートで光の方向を観測者に効率良く向けることができる。その結果、高い輝度の光を出射することが可能となる。
【００２６】
主面（波状面）１０ｂに設けられた波形状は、導光板１０の厚さを厚くしたり、薄くしたりすることにより形成されており、具体的には、端面１０ｃから離れる方向に厚さが増加する領域及び端面１０ｃから離れる方向に厚さが減少する領域を有する。ここで、端面１０ｃから離れる方向に厚さが増加する領域とは、光出射面である波状面から光が出射しにくい領域を意味し、端面１０ｃから離れる方向に厚さが減少する領域とは、光出射面である波状面から光が出射し易い領域を意味する。
【００２７】
図２及び図３は、本発明の導光板の導光原理を説明するための図である。図２に示すような板厚が変わる（くさび型形状）導光板１５において、光源側の端面１５ａから光が入射すると、その光は矢印のように光が導光板の主面を反射して光出射面１５ｃから出射される。このとき、導光板１５を導光する光の向きは、徐々に光出射面１５ｃに対して垂直に近づく。そして、その光の向きと法線１５ｂとのなす角が臨界角よりも小さくなると光が光出射面１５ｃから出射する。図１（ａ）に示すプリズム面を有する導光板１０は、図２に示すようなくさび型形状を有する導光板１５と同じような導光状態となる。
【００２８】
この導光状態に基づいて、空気（屈折率ｎ＝１．０）とアクリル樹脂（屈折率ｎ＝１．４９）の界面での反射・出射について説明する。図３（ａ）に示すように、導光板１５の厚さが減少する、すなわち法線１５ｂが鉛直方向よりも時計回りに回転している状態では、光出射面１５ｃから光が出射し易い（出射状態）。一方、図３（ｃ）に示すように、導光板１５の厚さが増加する、すなわち法線１５ｂが鉛直方向よりも反時計回りに回転している状態では、光出射面１５ｃから光が出射しにくい（反射状態）。したがって、図３（ａ）〜図３（ｃ）に徐々に導光板１５の板厚を増加させていくと、臨界角４２°を境に光が出射する状態から反射する状態に変わっていく。
【００２９】
この導光原理を利用して、光出射面から出射させる光を制御する。すなわち、光出射面からできるだけ光を出射させないようにする領域には、端面から離れるにしたがって厚さが増加する領域を設け、光出射面から光を出射させる領域には、端面から離れるにしたがって厚さが減少する領域を設ける。通常、光源に近い領域では、光出射面から出射される光量が相対的に多く、光源から離れるにしたがって光出射面から出射される光量が相対的に少なくなる。このため、端面に相対的に近い位置に、端面から離れる方向に厚さが増加する領域を設け、端面に相対的に遠い位置に、端面から離れる方向に厚さが減少する領域を設けることが望ましい。図１（ａ）に示す波状面１０ｂは、このようなことを考慮して形状設計されている。このように導光板の形状設計を行うことにより、導光板の位置による光の出射量を制御することができる。そのため、輝度に関する面内均一性を向上させることが可能となる。なお、端面から離れる方向に厚さが増加する領域及び端面から離れる方向に厚さが減少する領域は曲面で構成されていることが好ましい。
【００３０】
なお、導光板１０のプリズム面１０ａに対向する主面１０ｂは、波状面に限定されず、光出射面からできるだけ光を出射させないようにする領域に厚さが増加する領域を設け、及び／又は、光出射面から光を出射させる領域に厚さが減少する領域を設けるのであれば、種々変更することが可能である。例えば、導光板１０のプリズム面１０ａに対向する主面１０ｂを、図４に示すように、先端（反光源側）に厚さが減少する領域を設けた面（先端側のみが曲面１０ｇでその他の部分が平坦面１０ｊ）にしても良い。すなわち、導光板１０の端面１０ｃから遠い側（反光源側）において、主面１０ｂから出射する光量が相対的に少ないので、厚さが減少する領域を設けて主面１０ｂから出射し易くする。
【００３１】
次に、上記構成を有する図１（ａ）に示す液晶表示装置における面発光装置の動作について説明する。
【００３２】
光源１１から発した光は、端面１０ｃから入射して導光板１０内を反射しながら伝搬する。このとき、プリズム面１０ａのプリズム１０ｄを抜けて透過した光は指向性の高い光となる。導光板１０を透過した光は、反射板１２で反射されて、光路が変わり再び導光板１０に入射する。この反射光は、既に臨界角に満たないので、導光板１０を透過して波状面１０ｂから出射する。この出射光は、プリズムシート１３でほぼ鉛直方向に向きが変えられて液晶表示パネル１４に入射する。このように急斜面１０ｅ及び緩斜面１０ｆを図１（ｂ）に示す形態で有するプリズム１０ｄによりプリズム面１０ａから出射する光に指向性を与えることにより、プリズムシート１３を通したときの光が効率良くほぼ鉛直方向に向くので、高い輝度で光を液晶表示パネル１４に供給することができる。
【００３３】
導光板１０の波状面１０ｂには、端面１０ｃ（光源１１）に相対的に近い位置に、端面１０ｃ（光源１１）から離れる方向に厚さが増加する領域を設け、端面１０ｃ（光源１１）に相対的に遠い位置に、端面１０ｃ（光源１１）から離れる方向に厚さが減少する領域を設けてあるので、相対的に光が出射し易い、端面１０ｃに相対的に近い位置での光の出射が抑えられ、相対的に光が出射しない、端面１０ｃに相対的に遠い位置での光の出射が促進される。このため、波状面１０ｂから出射される光の面内均一性が高い状態で液晶表示パネル１４に光を供給することができる。
【００３４】
次に、本発明の効果を明確にするために行った実施例について説明する。
図１（ａ）に示すようなプリズム面に対向する主面が波状面１０ｂである面発光装置Ａ、図４に示すようなプリズム面に対向する主面が平坦面１０ｊ及び曲面１０ｇである面発光装置Ｂ、並びに参考として図５に示すようなプリズム面に対向する主面がすべて平坦面１０ｊである面発光装置Ｃを準備した。なお、図５に示す面発光装置は、本発明者が平成１５年１２月５日出願の特願２００３−４０７３９２号において提案した形態である。この内容は参照によりここに含めておく。
【００３５】
図６は、図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における導光板の板厚の分布を示す特性図である。図６から分かるように、図１（ａ）に示す波状面（菱形）では、光源側から１０ｍｍの位置まで板厚が減少し、その後光源から３０ｍｍの位置まで板厚が増加し、再び反光源側まで板厚が減少している。図４に示す平坦面＋曲面（四角）では、光源から３０ｍｍの位置まで平坦で、その後反光源側まで板厚が減少している。図５に示す平坦面（三角）では、光源側から反光源側まで板厚が一定である。
【００３６】
図７は、図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における導光板の曲面の傾きの分布を示す特性図である。図７は、図６に示すそれぞれの板厚の変化に基づいて、主面の傾き×（−１）を示している。図７から分かるように、波状面では、光源側から１０〜２０ｍｍで傾き×（−１）が小さく、反光源側に向かって傾き×（−１）が大きくなっている。平坦面＋曲面では、光源から２５ｍｍの位置まで傾き×（−１）が変わらず、その後反光源側まで傾き×（−１）が増加している。平坦面では、光源側から反光源側まで傾き×（−１）が一定である。
【００３７】
次に、図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における輝度分布を測定した。輝度は、それぞれの面発光装置を半透過型液晶表示装置に装着し、光源として白色ＬＥＤ２灯（それぞれ１０ｍＡ）を用いて発光させたときの液晶表示装置における輝度を測定した。このとき、面発光装置面を２５分割して、各部分の輝度を測定した。なお、測定器としては、輝度色度測定器（Risa-Color：ハイランド社製、商品名）を用い、測定器から液晶表示装置までの距離を５００ｍｍとした。
【００３８】
このようにして測定された輝度値から、導光板における輝度分布と面内均一性を求めた。なお、面内均一性（％）は、（最低輝度値／最高輝度値）×１００により求めた。図８は、図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における輝度分布を示す特性図である。図８から分かるように、平坦面では、最も光が出射し易い光源から１５ｍｍの部分で最も輝度が高く、反光源側に進むにしたがって輝度が落ちる傾向がある。平坦面＋曲面では、最も光が出射し易い光源から１５ｍｍの部分で最も輝度が高いが、板厚を減少させた、反光源側で平坦面の場合よりも輝度が高くなっている。波状面では、板厚を増加させた、光源から１５ｍｍの部分での輝度が抑えられ、板厚を減少させた、反光源側で平坦面の場合よりも輝度が高くなっている。したがって、図６及び図８から分かるように、板厚の増加・減少を行った部分で輝度の抑制・向上が見られることから、導光板のプリズム面に対向する面の形状を適切に変えることにより、出射光量を制御して輝度の面内均一性を向上できることが分かる。実際に、波状面の面内均一性は５５％であり、平坦面＋曲面の面内均一性は４３％であり、平坦面の面内均一性は４０％であった。
【００３９】
図９は、図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における輝度の変化率を示す特性図である。図９から分かるように、波状面では、光源側から１０〜２０ｍｍで変化率が小さく、反光源側に向かって変化率が大きくなっている。平坦面＋曲面では、光源から２５ｍｍの位置まで変化率があまり変わらず、その後反光源側まで変化率が増加している。平坦面では、光源側から反光源側まで変化率が一定である。したがって、図７及び図９から分かるように、主面の傾き×（−１）と輝度の変化率は同じような傾向を示す。これにより、導光板のプリズム面に対向する面の形状と輝度の面内均一性とが関連していることが分かる。したがって、導光板の輝度分布に基づいて導光板のプリズム面に対向する面の形状を特定することにより、すなわち輝度が高い位置に板厚が増加する領域を設け、輝度が低い位置に板厚が減少する領域を設けることにより、導光板のサイズに拘わらず輝度に関する面内均一性に優れた導光板、面発光装置を実現することが可能である。
【００４０】
以上説明したように、本発明では、導光板の光出射面に、板厚が増加する領域及び板厚が減少する領域の少なくともいずれかを設けて、導光板から出射する面内光量を制御するので、輝度に関して高い面内均一性を発揮させることができる。
【００４１】
本発明は上記実施の形態に限定されず、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記実施の形態において説明した寸法、材質などは一例であり、適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）は、本発明の一実施の形態に係る面発光装置を備えた液晶表示装置の概略構成を示す図である。（ｂ）は、導光板のプリズムを説明するための図である。
【図２】本発明の導光板の導光原理を説明するための図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の導光板の導光原理を説明するための図である。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る面発光装置の概略構成を示す図である。
【図５】本発明の他の実施の形態に係る面発光装置の概略構成を示す図である。
【図６】図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における導光板の板厚の分布を示す特性図である。
【図７】図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における導光板の曲面の傾きの分布を示す特性図である。
【図８】図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における輝度分布を示す特性図である。
【図９】図１（ａ）、図４及び図５に示す面発光装置における輝度の変化率を示す特性図である。
【図１０】従来の面発光装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０，１５  導光板
１０ａ  主面（プリズム面）
１０ｂ  主面（波状面）
１０ｃ，１５ａ  端面
１０ｄ，１３ａ  プリズム
１０ｅ  急斜面
１０ｆ  緩斜面
１０ｇ  板厚減少領域
１０ｈ  板厚増加領域
１０ｊ  平坦面
１１  光源
１２  反射板
１３  プリズムシート
１４  液晶表示パネル
１５ｂ  法線
１５ｃ  光出射面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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